一、研究背景

乙酰辅酶a转运蛋白AT-1(也称为SLC33A1)是内质网(ER)乙酰化机制的关键成员，它负责将乙酰辅酶a从细胞质转运到内质网管腔，为nε -赖氨酸乙酰化的提供乙酰基。AT-1在自闭症、智力残疾和畸形特征患者中被多次发现，其杂合突变与家族性痉挛性截瘫有关，而纯合突变与发育迟缓和过早死亡有关。Claudio Bussi等通过这项研究评估了AT-1活性失调对细胞内乙酰辅酶a稳态的影响，活体上利用AT-1S113R/+小鼠(AT-1单倍不全模型)和AT-1 sTg小鼠(AT-1过表达模型)，探究AT-1活性变化引起的小鼠肝脏蛋白质组和乙酰化蛋白质组的差异。

二、研究结果

图1  两小鼠模型肝脏脂肪变性趋势

为了剖析上述代谢适应的机制，研究通过LC-MS/MS检测小鼠肝脏中蛋白质组变化。发现在AT-1 sTg和AT-1S113R/+小鼠中分别有2056和373个蛋白的表达水平显著改变（图2 a）。总共有61种蛋白在两种AT-1失调模型中受到影响;其中22个与分泌途径相关，8个与线粒体相关，7个与细胞核相关，24个与细胞质相关(图2c, d)。比较两种小鼠模型中的蛋白质组学反应，发现其中14个蛋白丰度变化相反，其余47个蛋白在两种模型中丰度变化趋势相同(图2d)。显著富集的KEGG通路存在6个重叠（图2e,f）。这些数据表明AT-1反应蛋白和途径延伸到代谢途径，而这些代谢途径以前不知道会受到细胞质到内质网乙酰辅酶a通量变化的影响。

图2 蛋白质组揭示小鼠肝脏中多条代谢通路发生变化

为了评估AT-1和乙酰辅酶含量通过赖氨酸乙酰化调节蛋白质功能的能力, 检测肝脏乙酰化蛋白质组，检测原理如附图1。

附图1

在AT-1 sTg和AT-1S113R/+肝脏中，分别鉴定出3341个和3003个赖氨酸乙酰化位点，与WT相比，AT-1 sTg有375个显著变化，AT-1S113R/+有415个显著变化（图3a，b），AT-1 sTg和AT-1S113R/+的位点分布以及每个蛋白质确定的赖氨酸乙酰化位点的平均数量也存在显著差异（图3b，c）。比较显示，两组间有88个乙酰化位点和119个乙酰化修饰蛋白存在重叠（图d），乙酰蛋白组的kegg通路存在16个重叠（图e）。相比于WT，AT-1 sTg和AT-1S113R/+的88个重叠位点中，除了3个位点计量一致增加，其余位点计量相反（图3f）。此外，AT-1S113R/+中所有赖氨酸位点均表现为超乙酰化，而AT - 1sTg中的赖氨酸位点则表现为低乙酰化（图3g, h）。

图3 不同代谢通路和细胞成分中亮氨酸乙酰化位点的化学计量差异

与WT相比，AT-1 sTg和AT - 1s113r /+模型中分别有105个和35个乙酰化位点在蛋白质和翻译后(乙酰化)水平上都发生了显著变化。通过聚类分析显示脂代谢和线粒体代谢通路中在蛋白质组和/或乙酰组水平上受调节的因子（图4b，c）。通过结构光照显微镜(SIM)在原代培养的肝细胞中直接观察线粒体，发现AT-1 sTg小鼠的线粒体网络显著扩大(图4d)，线粒体面积和体积均显著增加(图4e)，线粒体的重要调节因子PGC1α的mRNA水平也随之增加（图4f）。此外，AT-1S113R/+小鼠中TCA循环的部分代谢产物显著增加，而AT-1 sTg小鼠的TCA/柠檬酸循环代谢物无显著差异（图4g）。

图4 两种小鼠模型中的代谢和线粒体的适应性变化

三、结论

编辑：HL

审核：Tao Li

参考文献：

Dieterich IA, Lawton AJ, Peng Y, Yu Q, Rhoads TW, Overmyer KA, Cui Y, Armstrong EA, Howell PR, Burhans MS, Li L, Denu JM, Coon JJ, Anderson RM, Puglielli L. Acetyl-CoA flux regulates the proteome and acetyl-proteome to maintain intracellular metabolic crosstalk. Nat Commun. 2019 Sep 2;10(1):3929.